Агроэнергетическая эффективность многовариантных систем ведения культурных пастбищ

УДК 631.582.9

Агроэнергетическая эффективность многовариантных систем ведения культурных пастбищ

Привалова К. Н., доктор сельскохозяйственных наук

Каримов Р. Р., кандидат сельскохозяйственных наук

ФНЦ «ВИК им. В. Р. Вильямса»

141055, Россия, Московская обл., г. Лобня, Научный городок, корп. 1

E-mail: vik_lugovod@bk.ru

Исследования по определению энергетической эффективности пастбищных систем со злаковыми и бобово-злаковыми травостоями проведены в Федеральном научном центре кормопроизводства и агроэкологии им. В. Р. Вильямса. В статье приведены результаты агроэнергетической оценки многовариантных пастбищных систем со злаковыми травостоями, созданными в 1946 году. Даны количественные показатели по сбору обменной энергии, совокупным затратам на её производство, окупаемости затрат в зависимости от системы ведения пастбищ. Изучена эффективность совокупных затрат в виде овеществлённого труда (на семена, удобрения, сельскохозяйственные машины, средства огораживания загонов и прочее) и живого труда (работы трактористов, пастухов и строителей и др.). Обоснована высокая агроэнергетическая эффективность изучаемых пастбищных систем благодаря мобилизации в продукционный процесс природных факторов, долевое участие которых в структуре производства обменной энергии составило 69–84%. Природные факторы, участвующие в продукционном процессе луговых агроэкосистем, характеризуются большим разнообразием. Это не только использование солнечной энергии и азотфиксация бобовыми травами, но и долголетие травостоев, самовозобновление фитоценозов, дерновообразовательный процесс (повышение плодородия почвы), получение дешёвого корма и улучшение здоровья животных при летнем выпасе. Роль возобновляемых природных факторов выявлена на основе балансового метода, принятого в экономике (по разнице сбора обменной энергии и антропогенных затрат). Благодаря ведущей роли природных факторов в структуре произведённой продукции агроэнергетический коэффициент окупаемости совокупных затрат антропогенной энергии (АК) за счёт сбора обменной энергии достигал 3–6 раз в среднем за 45 лет. Разработанные в результате долголетних исследований многовариантные энергосберегающие пастбищные системы обосновывают возможность рекомендовать их производству с учётом применения различного уровня энергозатрат.

Ключевые слова: культурные пастбища, системы ведения, долголетние травостои, сбор обменной энергии, совокупные антропогенные затраты, окупаемость затрат.

В настоящее время при устойчивой тенденции роста затрат невосполнимой энергии основным направлением повышения эффективности лугового кормопроизводства является применение энерго- и ресурсосберегающих технологий. Реализация этого направления исследований позволяет более эффективно использовать невозобновляемые ресурсы, что отвечает задачам рационального земледелия, признаваемого во всём мире (Кирюшин, 1995). Ресурсный и энергетический анализы, сформировавшиеся как новое научное направление в начале 1970-х годов, выполняют важную роль при оценке ситуаций и тенденций в АПК (Жученко, 1983). Преимущество энергетического анализа состоит в том, что система соответствующих показателей, в отличие от стоимостных, не нуждается в сведении к неизменным ценам, не зависит от курсов валют, инфляционных факторов. Данные энергетической оценки позволяют свести все затраты в единую систему по единой методологии. Термин «энергетический анализ» был принят рабочей группой на съезде, проходившем под руководством Международной федерации институтов перспективных исследований (Швеция, 1975). При оценке энергетической эффективности изучаемых технологий используется критерий «агроэнергетический коэффициент» (соотношение произведённой обменной энергии к затраченной техногенной). Если коэффициент больше 1, то технологию принято считать энергосберегающей. Этот метод, широко применяемый во всём мире, используется и в нашей стране как универсальный способ оценки антропогенных затрат и производства обменной энергии в соответствии с общепринятой системой Си (Михайличенко, Кутузова, Новосёлов и др., 1995). Повышение энергоэкономичности в луговом кормопроизводстве базируется на многостороннем использовании фактора биологизации, в том числе на способности многолетних трав к долголетию и самовозобновлению. Разработка ресурсосберегающих технологий на основе реализации этого фактора способствует значительному (до 5–7 раз и более) снижению расхода материально-технических и трудовых ресурсов по сравнению с полевыми культурами (Жезмер, Благоразумова, 2010; Косолапов, Трофимов, 2011; Кутузова, 2007; Кутузова, Привалова и др., 2019; Кутузова, Проворная, Седова, 2020; Привалова, 2001; Привалова, Каримов, 2015; Ресурсосберегающие технологии в луговом кормопроизводстве, 2013). Задачи по данному направлению работы изложены в программе и методике научных исследований по луговодству (Программа и методика проведения научных исследований по луговодству, 2011). В настоящее время в отделе луговодства института проводится серия опытов, цель которых — обоснование путей снижения расходов невозобновляемых ресурсов за счёт мобилизации природных факторов и возобновляемых источников энергии.

Методика исследований. Исследования по определению энергетической эффективности пастбищных систем со злаковыми и бобово-злаковыми травостоями проведены в Федеральном научном центре кормопроизводства и агроэкологии им. В. Р. Вильямса. Материалы получены по результатам полевого опыта с многовариантными системами ведения пастбищ (техногенной, интегрированной, техногенно-минеральной, техногенно-органической) при разных уровнях удобрения. Опыт проводится на суходольном лугу с типичной для Центрального Нечерноземья дерново-подзолистой суглинистой почвой, в слое 0–20 см которой содержалось 2,03% гумуса, 70 кг/кг К2О, 60 мг/кг Р2О5. Почва опытного участка характеризовалась сильной кислотностью (рНсол — 4,3), поэтому после основной обработки дернины внесена известь (5 т/га), повторно — в период использования.

Залужение участка проведено в 1946 году травосмесью в составе местных популяций клевера лугового (3 кг/га семян), клевера ползучего (2 кг/га), тимофеевки луговой (4 кг/га), овсяницы луговой (10 кг/га), лисохвоста лугового (3 кг/га), мятлика лугового (2 кг/га). Режим использования травостоев — имитация выпаса (три цикла за сезон в фазу выхода в трубку злаковых трав).

Определение агроэнергетической эффективности производства корма при разных системах ведения пастбищ проводили на основе типовых технологических карт, согласно методическим пособиям (Михайличенко, Шпаков, Кутузова, 2000; Кутузова, Трофимова, Проворная, 2015). В структуру капитальных (единовременных) затрат, учитываемых за 1946–2020 годы, включали: известкование, залужение, огораживание участка комбинированной изгородью. В производственные (ежегодные) затраты, учитываемые за 1976–2020 годы, включали: внесение удобрений¸ ремонт изгороди, выпас животных (оплата работы пастуха), подкашивание остатков травы после выпаса.

Применяемый метод агроэнергетической оценки позволяет в количественных показателях определить уровень затратности и энергосбережения при ведении многовариантных пастбищных систем, а также выявить роль природных факторов в производстве обменной энергии.

Результаты исследований. В результате длительного применения различных систем ведения пастбищ при разном уровне антропогенной нагрузки (от 6,5 до 26,5 ГДж/га) выявлена регрессивная и прогрессивная изменчивость фитоценозов. При низкой антропогенной нагрузке (техногенная система без внесения удобрений) создаваемый бобово-злаковый травостой переформировался в низово-злаковый с содержанием на 70–75-е годы пользования 74% внедрившихся низовых злаков и разнотравья. Среди внедрившихся трав основными злаковыми видами являлись овсяница красная и полевица тонкая — на их долю приходилось 54%. С увеличением антропогенной нагрузки в техногенно-минеральной системе на фоне N60–180P45K90–120 отмечена прогрессивная сукцессия — сохранение ценного состава травостоев на основе доминирования корневищных видов злаков: лисохвоста лугового и мятлика лугового. При интегрированной системе на фоне P60K90 также сохранился полноценный травостой с содержанием клевера ползучего по годам пользования от 20 до 42%.

В табл. 1 приведены показатели совокупных затрат обменной энергии: капитальные вложения в среднем за 1946–2020 годы в сочетании с ежегодными производственными затратами в среднем за 1976–2020 годы.

В структуре капитальных затрат основная их доля (54%) приходится на строительство изгороди (семь раз за 75-летний период), 31% — на известкование почвы (внесение 4,5 т/га), 10% — на обработку почвы и 5% — на залужение (семена и посев). Благодаря долголетнему использованию травостоев среднегодовые затраты капитальных вложений составили всего 0,9 ГДж/га.

  1. Структура приведённых затрат антропогенной энергии при разных системах ведения пастбищ

Технологическая система, в т.ч. удобрение

Затраты энергии, ГДж/га

Структура совокупных затрат, %

капитальные в среднем за 1946–2020 гг.

производственные (текущие) в среднем за 1976–2020 гг.

совокупные

капитальные

текущие

Техногенная (без удобрений, контроль)

0,9

6,0

6,9

13

87

Интегрированная (Р45К90)

0,9

8,3

9,2

10

90

Техногенно-минеральная

N60P45K90

0,9

14,3

15,2

6

94

N120P45K90

0,9

19,8

20,7

4

96

N120P45K120

0,9

20,1

21,0

4

96

N180P45K90

0,9

25,2

26,1

4

96

N180P45K120

0,9

25,6

26,5

3

97

Техногенно-органическая

Навоз 10 т/га (один раз в 4 года)

0,9

10,4

11,2

8

92

Навоз 20 т/га (один раз в 4 года)

0,9

14,2

15,1

6

94

Ежегодные производственные затраты энергии в зависимости от системы ведения пастбищ изменялись от 6,0 до 25,6 ГДж/га, или в 4,3 раза. Основная их доля (58%) при интегрированной системе приходилась на периодичное известкование, при техногенно-минеральной системе — на внесение удобрений (N60–180P45K60–90) — 52–72%. В техногенно-органической системе отмечены близкие показатели энергозатрат на внесение удобрений и известкование — соответственно 37–53 и 34–46%. Трудовые затраты при разных системах ведения пастбища составили: на оплату работы пастуха — 4–9%, подкашивание остатков травы — 3–7%, ремонт изгороди — 2–5%.

В табл. 2 приведены количественные показатели энергетической оценки пастбищных систем: сбор обменной энергии с учётом 85% поедаемого корма, в том числе за счёт природных факторов, уровень антропогенной нагрузки, окупаемость затрат, удельные затраты энергии на производство единицы обменной энергии (ОЭ) и сырого протеина (СП).

  1. Агроэнергетическая эффективность производства корма при разных пастбищных системах с долголетними травостоями (1976–2020 гг.)

Технологическая система, в т.ч. удобрение

Производство корма

Затраты антропогенной энергии, ГДж/га

Произведено ОЭ за счёт природных факторов

Окупаемость затрат (АК), раз

Удельные затраты, МДж на производство

ОЭ, ГДж/га

СП, кг/га

ГДж/га

%

1 ГДж ОЭ

1 кг СП

Техногенная (без удобрений, контроль)

26,4

266

6,9

19,5

74

3,8

261,7

26,0

Интегрированная (Р45К90)

56,1

655

9,2

46,9

84

6,1

163,5

14,0

Техногенно-минеральная

N60Р45К90

60,4

685

15,2

45,2

75

4,0

252,2

22,2

N120Р45К90

76,8

921

20,7

56,1

73

3,7

269,3

22,4

N120Р45К120

76,8

882

21,00

55,8

73

3,7

273,2

23,8

N180Р45К90

83,6

1076

26,0

57,6

69

3,2

311,6

24,2

N180Р45К120

89,5

1270

26,5

63,0

70

3,4

296,2

20,9

Техногенно-органическая

Навоз 10 т (1 раз в 4 года)

39,1

394

11,2

27,9

71

3,5

22,5

28,5

Навоз 20 т (1 раз в 4 года)

44,7

457

15,1

29,6

66

3,0

338,2

33,1

Производство обменной энергии при техногенной системе составило 26 ГДж/га, при интегрированной системе — увеличилось в 2,1 раза, при техногенно-органической — в 1,5–1,7 раза, при техногенно-минеральной в зависимости от уровня удобрения — в 2,3–3,4 раза. При этом 66–84% производства обменной энергии осуществляется за счёт природных факторов, определяемых по разнице между сбором обменной энергии и затратами антропогенной энергии.

При увеличении антропогенной нагрузки с 6,9 ГДж/га (техногенная система без удобрений) до 26,5 ГДж/га (техногенно-минеральная система на фоне N180Р45К120) производство обменной энергии за счёт природных факторов выросло с 19,5 до 63,0 ГДж/га, или в 3,2 раза. При этом на каждый 1 ГДж антропогенных затрат использование энергии за счёт природных возобновляемых факторов составляет 2,4 ГДж/га. Показатели окупаемости антропогенных затрат (АК), превышающие единицу, при всех изучаемых пастбищных системах позволяют относить их к числу энергосберегающих. Наибольшая окупаемость затрат энергии (6,1 раза) отмечена при интегрированной системе на фоне РК без внесения азотных удобрений благодаря эффективному использованию природных факторов. Удельный вес природных факторов в структуре производства обменной энергии достигал 84% благодаря дополнительному поступлению симбиотически фиксированного азота за счёт участия бобовых видов трав (в основном клевера ползучего). Применение этой системы способствовало значительному снижению удельных затрат по сравнению с другими системами: на 36–76% — при производстве 1 ГДж обменной энергии и на 49–136% — при производстве 1 кг сырого протеина.

Заключение. Применение энергетического метода оценки пастбищных систем с долголетними травостоями на основе анализа количественных показателей производства обменной энергии, антропогенных затрат и их окупаемости позволяет отнести все изучаемые системы к разряду энергосберегающих. Определяющим фактором производства обменной энергии при использовании всех пастбищных систем были природные источники, долевое участие которых в продукционном процессе составляло 66–84%. При этом мобилизация природных факторов возрастает с увеличением антропогенной нагрузки в 1,4–1,5 раза в техногенно-органической и в 2,3–3,2 раза — в интегрированной и техногенно-минеральной системах. Окупаемость антропогенных затрат энергии (АК) за счёт произведённой обменной энергии составляет 3,0–6,1 раза. Методический подход к оценке энергетической эффективности пастбищных систем обосновывает возможность многовариантных рекомендаций производству с учётом применения различного уровня энергозатрат с целью получения планируемого производства корма. При сохранении продуктивного долголетия пастбищных фитоценозов до 75 лет без перезалужения достигается значительная экономия материальных ресурсов: ГСМ, семян трав и трудовых затрат, что особенно важно в условиях высокой затратности производства корма на полевых землях.

Литература

  1. Жезмер Н. В. Ресурсосберегающие технологии создания и использования долголетних сенокосов интенсивного типа / Н. В. Жезмер, М. В. Благоразумова // Роль культурных пастбищ в развитии молочного скотоводства Нечернозёмной зоны России в современных условиях. — М., 2010. — С.173–178.
  2. Жученко А. А. Ресурсоэкономичность интенсификационных процессов / А. А. Жученко // Адаптивное растениеводство (теория и практика). Т. 1. — Кишинёв: Штиинца, 1983. — С.667–702.
  3. Кирюшин В. И. Разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия и технологий возделывания сельскохозяйственных культур / В. И. Кирюшин. — М., 1995. — 81 с.
  4. Косолапов В. М. Всероссийский НИИ кормов: итоги научной деятельности за 2010 и 2006–2010 гг. / В. М. Косолапов, И. А. Трофимов // Кормопроизводство. — 2011. — № 1. — С.3–4.
  5. Кутузова А. А. Перспективные энергосберегающие технологии в луговодстве 21 века / А. А. Кутузова // Кормопроизводство: проблемы и пути решения. — М., 2007. — С.31–37.
  6. Кутузова А. А. Методика оценки потоков энергии в луговых агроэкосистемах / А. А. Кутузова, Л. С. Трофимова, Е. Е. Проворная. — М., 2015. — 31 с.
  7. Эффективность технологии создания и использования культурных пастбищ на основе усовершенствованных злаковых и бобово-злаковых травостоев / А. А. Кутузова, К. А. Привалова и др. // Достижения науки и техники АПК. — 2019. — Т. 33. — № 19. — С.9–13.
  8. Кутузова А. А. Эффективность бобово-злаковых травостоев при использовании новых сортов для создания культурных пастбищ в Нечернозёмной зоне / А. А. Кутузова, Е. Е. Проворная, Е. Г. Седова // Многофункциональное адаптивное кормопроизводство: сборник научных трудов. Вып. 22 (70). — М., 2020. — С.5–13.
  9. Методическое пособие по агроэнергетической и экономической оценке технологий и систем кормопроизводства. — М., 1995. — 174 с.
  10. Михайличенко Б. П. Методическое пособие по агроэнергетической оценке технологий и систем ведения кормопроизводства / Б. П. Михайличенко, А. С. Шпаков, А. А. Кутузова. — М.: Типография Россельхозакадемии, 2000. — 52 с.
  11. Привалова К. Н. Продуктивность и средообразующая роль долголетних бобово-злаковых пастбищных фитоценозов / Б. П. Михайличенко, А. А. Кутузова, Ю. А. Новосёлов и др. // Земледелие. — 2001. — № 7. — С.21–22.
  12. Привалова К. Н. Реализация продуктивного долголетия злаковых пастбищных фитоценозов / К. Н. Привалова, Р. Р. Каримов // Многофункциональное адаптивное кормопроизводство: сборник научных трудов. Вып. 6 (54). — М., 2015. — С.35–41.
  13. Программа и методика проведения научных исследований по луговодству (по Межведомственной координационной программе НИР Россельхозакадемии за 2011–2015 гг.) / Под ред. А. А. Кутузовой, К. Н. Приваловой. — М.: ФГУ РЦСК, 2011. — 192 с.
  14. Ресурсосберегающие технологии в луговом кормопроизводстве: сборник научных трудов / Под ред. И. П. Лепковича. — Санкт-Петербург, 2013. — 272 с.

Energy efficiency of multivariate cultivation techniques in pasture forage production

Privalova K. N., Dr. Agr. Sc.

Karimov R. R., PhD Agr. Sc.

Federal Williams Research Center of Fodder Production and Agroecology

141055, Russia, the Moscow region, Lobnya, Science Town, 1

E-mail: vik_lugovod@bk.ru

The investigation was conducted at the Federal Williams Research Center of Fodder Production and Agroecology and was aimed at testing energy efficiency of gramineous and legume-gramineous swards. This article presents the results obtained on pasture ecosystems with gramineous planted in 1946. Exchange energy yield, total production costs and economic effectiveness were analyzed. Total production costs comprised costs for seeds, fertilizers, machinery, construction materials, labor, etc. Introduction of natural factors into the production process resulted in higher energy efficiency. Their share amounted to 69–84% in the final exchange energy yield. There are a lot of natural factors that affect grass productivity such as solar energy, nitrogen-fixation, sward longevity and regeneration, soil fertility, low-cost feed production, and livestock health. The value of natural factors was determined according to the balance method (by the difference between exchange energy yield and anthropogenic costs). Since environmental factors had a leading role in the production process, the return rate raised by 3–6 times for 45 years due to exchange energy increase. Therefore, pasture ecosystems developed can be recommended for a large-scale forage production.

Keywords: farm pasture, cultivation techniques, perennial swards, exchange energy yield, total costs, cost efficiency.

References

1. Zhezmer N. V. Resursosberegayushchie tekhnologii sozdaniya i ispolzovaniya dolgoletnikh senokosov intensivnogo tipa / N. V. Zhezmer, M. V. Blagorazumova // Rol kulturnykh pastbishch v razvitii molochnogo skotovodstva Nechernozemnoy zony Rossii v sovremennykh usloviyakh. — Moscow, 2010. — P.173–178.

2. Zhuchenko A. A. Resursoekonomichnost intensifikatsionnykh protsessov / A. A. Zhuchenko // Adaptivnoe rastenievodstvo (teoriya i praktika). Vol. 1. — Kishinev: Shtiintsa, 1983. — P.667–702.

3. Kiryushin V. I. Razrabotki adaptivno-landshaftnykh sistem zemledeliya i tekhnologiy vozdelyvaniya selskokhozyaystvennykh kultur / V. I. Kiryushin. — Moscow, 1995. — 81 p.

4. Kosolapov V. M. Vserossiyskiy NII kormov: itogi nauchnoy deyatelnosti za 2010 i 2006–2010 gg. / V. M. Kosolapov, I. A. Trofimov // Kormoproizvodstvo. — 2011. — No. 1. — P.3–4.

5. Kutuzova A. A. Perspektivnye energosberegayushchie tekhnologii v lugovodstve 21 veka / A. A. Kutuzova // Kormoproizvodstvo: problemy i puti resheniya. — Moscow, 2007. — P.31–37.

6. Kutuzova A. A. Metodika otsenki potokov energii v lugovykh agroekosistemakh / A. A. Kutuzova, L. S. Trofimova, E. E. Provornaya. — Moscow, 2015. — 31 p.

7. Effektivnost tekhnologii sozdaniya i ispolzovaniya kulturnykh pastbishch na osnove usovershenstvovannykh zlakovykh i bobovo-zlakovykh travostoev / A. A. Kutuzova, K. A. Privalova et al. // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2019. — Vol. 33. — No. 19. — P.9–13.

8. Kutuzova A. A. Effektivnost bobovo-zlakovykh travostoev pri ispolzovanii novykh sortov dlya sozdaniya kulturnykh pastbishch v Nechernozemnoy zone / A. A. Kutuzova, E. E. Provornaya, E. G. Sedova // Mnogofunktsionalnoe adaptivnoe kormoproizvodstvo: sbornik nauchnykh trudov. Is. 22 (70). — Moscow, 2020. — P.5–13.

9. Metodicheskoe posobie po agroenergeticheskoy i ekonomicheskoy otsenke tekhnologiy i sistem kormoproizvodstva. — Moscow, 1995. — 174 p.

10. Mikhaylichenko B. P. Metodicheskoe posobie po agroenergeticheskoy otsenke tekhnologiy i sistem vedeniya kormoproizvodstva / B. P. Mikhaylichenko, A. S. Shpakov, A. A. Kutuzova. — Moscow: Tipografiya Rosselkhozakademii, 2000. — 52 p.

11. Privalova K. N. Produktivnost i sredoobrazuyushchaya rol dolgoletnikh bobovo-zlakovykh pastbishchnykh fitotsenozov / B. P. Mikhaylichenko, A. A. Kutuzova, Yu. A. Novoselov et al. // Zemledelie. — 2001. — No. 7. — P.21–22.

12. Privalova K. N. Realizatsiya produktivnogo dolgoletiya zlakovykh pastbishchnykh fitotsenozov / K. N. Privalova, R. R. Karimov // Mnogofunktsionalnoe adaptivnoe kormoproizvodstvo: sbornik nauchnykh trudov. Is. 6 (54). — Moscow, 2015. — P.35–41.

13. Programma i metodika provedeniya nauchnykh issledovaniy po lugovodstvu (po Mezhvedomstvennoy koordinatsionnoy programme NIR Rosselkhozakademii za 2011–2015 gg.) / Pod red. A. A. Kutuzovoy, K. N. Privalovoy. — Moscow: FGU RTsSK, 2011. — 192 p.

14. Resursosberegayushchie tekhnologii v lugovom kormoproizvodstve: sbornik nauchnykh trudov / Pod red. I. P. Lepkovicha. — St. Petersburg, 2013. — 272 p.

Обсуждение закрыто.